Spring的初始化和XML解析的实现

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Spring的初始化和XML解析的实现

  2021-04-03 我要评论

前言

Spring是什么？它是一个应用程序框架，为应用程序的开发提供强大的支持，例如对事务处理和持久化的支持等；它也是一个bean容器，管理bean对象的整个生命周期，维护bean的各种存在状态，例如bean对象的实例化、销毁、bean的单实例和多实例状态等。

Spring作为Java发展史上不可忽视的存在，说他重新定义了Java也不为过。它功能强大，着实为日常开发提供了大大的便利。表面越简单的东西，背后越复杂。
从本章节开始，我们一起分析Spring的源码，看它到底是怎么样来实现我们常说常用的诸如IOC、Annotation、AOP、事务等功能的。

1、Spring的入口

在我们的项目中，web.xml必不可少，其中就定义了Spring的监听器。

<listener>
   <listener-class>
      org.springframework.web.context.ContextLoaderListener
   </listener-class>
</listener>

我们来看ContextLoaderListener类，可以看到它实现了ServletContextListener接口，
contextInitialized就是Spring初始化的入口方法。

Spring还有一个入口，叫做org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet，它们之间是父子容器的关系，最终都会调用到同一个方法org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext.refresh()。

2、初始化

Spring的初始化第一步就是要加载配置文件，然后解析里面的配置项。

ok，我们来到XmlWebApplicationContext类的loadBeanDefinitions方法。

protected void loadBeanDefinitions(XmlBeanDefinitionReader reader) throws IOException {
  String[] configLocations = getConfigLocations();
  if (configLocations != null) {
    for (String configLocation : configLocations) {
      reader.loadBeanDefinitions(configLocation);
    }
  }
}

可以看到，configLocations是一个数组，它获取的就是配置文件。在笔者的项目中，只有一个配置文件，名字是applicationContext.xml。下一步就是通过loadBeanDefinitions这个方法解析这个配置文件。

3、解析XML配置

首先把一个配置文件封装成一个Resource对象，然后获取Resource对象的输入流，转换成InputSource对象，最后解析成Document对象。下面代码只保留了主要部分。

public int loadBeanDefinitions(String location, Set<Resource> actualResources) 
             throws BeanDefinitionStoreException {
    ResourceLoader resourceLoader = getResourceLoader();
    if (resourceLoader instanceof ResourcePatternResolver) {
      // Resource pattern matching available.
      try {
        //这里的location就是配置文件-applicationContext.xml,转成Resource对象
        Resource[] resources=resourceLoader).getResources(location);
        //获取resources对象的输入流 再转成JDK的InputSource对象，最后解析成Document
        InputStream inputStream = resources.getInputStream();
        InputSource inputSource = new InputSource(inputStream);
        Document doc = doLoadDocument(inputSource, resource);
      }
      catch (IOException ex) {
        throw new BeanDefinitionStoreException(
            "Could not resolve bean definition resource pattern [" + location + "]", ex);
      }
    }
  }

applicationContext.xml配置文件解析成Document对象，它的Root节点信息如下：

[  
  [#text:], 
  [context:component-scan: null], 
  [#text:], 
  [bean: null], 
  [#text:], 
  [bean: null], 
  [#text:], 
  [bean: null],
  [#text:], 
  [bean: null], 
  [#text:], 
  [#comment: 指定了表现层资源的前缀和后缀
    viewClass：JstlView表示JSP模板页面需要使用JSTL标签库
    prefix 和suffix：查找视图页面的前缀和后缀，比如传进来的逻辑视图名为hello，则该该
            jsp视图页面应该存放在“WEB-INF/jsp/hello.jsp”], 
  [#text:], 
  [bean: null], 
  [#text: ]
]

4、加载Bean信息

上一步我们看到Spring已经把applicationContext.xml这个配置文件解析成了Document对象，接下来就是关键的一步。先看源码

  //这里拿到的是Document对象的根节点，根节点信息参考上图
  protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
    if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
      NodeList nl = root.getChildNodes();
      for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
        Node node = nl.item(i);
        if (node instanceof Element) {
          Element ele = (Element) node;
          //这里有两个分支。
          //一个是处理默认的节点(import、alias、bean、beans)
          //一个是处理自定义的节点(context:component-scan)
          if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) {
            parseDefaultElement(ele, delegate);
          }
          else {
            delegate.parseCustomElement(ele);
          }
        }
      }
    }
    else {
      delegate.parseCustomElement(root);
    }
  }

4.1 component-scan的解析

首先定位到自定义解析方法delegate.parseCustomElement(ele);

最终调用了org.springframework.context.annotation.ComponentScanBeanDefinitionParser.parse(Element element, ParserContext parserContext)，不过它是怎么调用到这个类的呢？说起来就比较有意思了。

我们先来看Spring里面的一个配置文件，/META-INF/spring.handlers

http\://www.springframework.org/schema/context=org.springframework.context.config.ContextNamespaceHandler
http\://www.springframework.org/schema/jee=org.springframework.ejb.config.JeeNamespaceHandler
http\://www.springframework.org/schema/lang=org.springframework.scripting.config.LangNamespaceHandler
http\://www.springframework.org/schema/task=org.springframework.scheduling.config.TaskNamespaceHandler
http\://www.springframework.org/schema/cache=org.springframework.cache.config.CacheNamespaceHandler

这里面配置了不同标签的处理类，比如context标签处理类就是ContextNamespaceHandler，然后通过反射实例化这个处理类，调用它的init()方法。init()方法里面它又注册了一堆处理类，其中就有我们很感兴趣的component-scan。

  public NamespaceHandler resolve(String namespaceUri) {
    //handlerMappings里有个方法loadAllProperties(),获取Spring所有的配置项
    Map<String, Object> handlerMappings = getHandlerMappings();
    Object handlerOrClassName = handlerMappings.get(namespaceUri);
    if (handlerOrClassName == null) {
      return null;
    }
    else if (handlerOrClassName instanceof NamespaceHandler) {
      return (NamespaceHandler) handlerOrClassName;
    }
    else {
      String className = (String) handlerOrClassName;
      try {
        //以context:component-scan举例
        //这里拿到的className就是org.springframework.context.config.ContextNamespaceHandler
        //通过反射，实例化这个ContextNamespaceHandler，然后调用init方法
        Class<?> handlerClass = ClassUtils.forName(className, this.classLoader);
        NamespaceHandler namespaceHandler = BeanUtils.instantiateClass(handlerClass);
        namespaceHandler.init();
        handlerMappings.put(namespaceUri, namespaceHandler);
        return namespaceHandler;
      }
    }
  }
  public void init() {
    registerBeanDefinitionParser("annotation-config",
       new AnnotationConfigBeanDefinitionParser());
    registerBeanDefinitionParser("component-scan",
       new ComponentScanBeanDefinitionParser());
    //...未完
  }

最终Spring就可以通过component-scan这个标签，拿到ComponentScanBeanDefinitionParser类，调用它的parse（）方法。

 public BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {
    //获取包扫描路径，对应配置文件中的base-package="com.viewscenes.netsupervisor"
    String basePackage = element.getAttribute(BASE_PACKAGE_ATTRIBUTE);
    basePackage = parserContext.getReaderContext().getEnvironment().
       resolvePlaceholders(basePackage);
    //这里可能有多个包路径，分割成数组
    String[] basePackages = StringUtils.tokenizeToStringArray(basePackage,
        ConfigurableApplicationContext.CONFIG_LOCATION_DELIMITERS);

    /**
     * configureScanner 配置扫描器。
     * scanner.doScan 扫描执行
     * registerComponents 这里重点是对registerComponents的支持
     * 
     * @return
     */
    ClassPathBeanDefinitionScanner scanner = configureScanner(parserContext, element);
    Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions = scanner.doScan(basePackages);
    registerComponents(parserContext.getReaderContext(), beanDefinitions, element);

    return null;
  }

4.1.1 configureScanner 配置扫描器

这里面重点就是注册了默认的过滤器。use-default-filters，默认值是true，如果配置文件配置了此属性的值为false，有些注解就加不进来，到下一步扫描的时候就注册不了Bean。

protected void registerDefaultFilters() {
  //这个就是配置的use-default-filters，如果配置了false。那么下面的
  // Component、ManagedBean、Named注解都不会被扫描到
  if (useDefaultFilters) { 
    this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(Component.class));
    ClassLoader cl = ClassPathScanningCandidateComponentProvider.class.getClassLoader();
    try {
      this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(
      ((Class<? extends Annotation>) ClassUtils.forName("javax.annotation.ManagedBean", cl)), 
                                     false));
      logger.debug("JSR-250 'javax.annotation.ManagedBean' 
                       found and supported for component scanning");
    }
    catch (ClassNotFoundException ex) {
      // JSR-250 1.1 API (as included in Java EE 6) not available - simply skip.
    }   
    //...未完
  }
}

4.1.2 doScan扫描

doScan分为三个步骤。

  • findCandidateComponents 扫描包路径下的所有class文件，过滤有Component注解的类，转换成BeanDefinition对象，加入一个LinkedHashSet中。
  • 循环上一步返回的LinkedHashSet，设置基本属性，比如setLazyInit、setScope。
  • 注册BeanDefinition对象，向Map容器中缓存beanName和BeanDefinition，向List中加入beanName。
protected Set<BeanDefinitionHolder> doScan(String... basePackages) {
    Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions = new LinkedHashSet<BeanDefinitionHolder>();
    for (String basePackage : basePackages) {
      //findCandidateComponents方法扫描class文件，判断Component注解，转成BeanDefinition对象返回。
      //值得注意的是，Component不止是@Component，还有
      //@Controller、@Service、@Repository，因为在这三个注解上面还有个@Component。
     //这就相当于它们都是Component的子注解。
      Set<BeanDefinition> candidates = findCandidateComponents(basePackage);
      for (BeanDefinition candidate : candidates) {
        ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.
                              resolveScopeMetadata(candidate);
        //设置属性，没有配置的都是默认值
        candidate.setScope(scopeMetadata.getScopeName());
        candidate.setxxx(scopeMetadata.getxxxName());
        String beanName = this.beanNameGenerator.generateBeanName(candidate, this.registry);
        //registerBeanDefinition方法 注册BeanDefinition，等同于下面两句
        //this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
        //this.beanDefinitionNames.add(beanName);
        registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry);
      }
    }
    return beanDefinitions;
  }

最后整个方法返回的就是beanDefinition对象的Set集合，以两个Controller为例。

[  
  Generic bean: class [com.viewscenes.netsupervisor.controller.IndexController]; scope=; abstract=false; lazyInit=false; autowireMode=0; dependencyCheck=0; autowireCandidate=true; primary=false; factoryBeanName=null; factoryMethodName=null; initMethodName=null; destroyMethodName=null; defined in file [D:\apache-tomcat-7.0.78\webapps\springmvc_dubbo_producer\WEB-INF\classes\com\viewscenes\netsupervisor\controller\IndexController.class], 
  
  Generic bean: class [com.viewscenes.netsupervisor.controller.UserController]; scope=; abstract=false; lazyInit=false; autowireMode=0; dependencyCheck=0; autowireCandidate=true; primary=false; factoryBeanName=null; factoryMethodName=null; initMethodName=null; destroyMethodName=null; defined in file [D:\apache-tomcat-7.0.78\webapps\springmvc_dubbo_producer\WEB-INF\classes\com\viewscenes\netsupervisor\controller\UserController.class]
]

4.1.3 对annotation-config的支持

我们知道，在Spring配置文件有个配置是context:annotation-config 但如果配置了context:component-scan 就不必再配置config，这是因为在解析component-scan的时候已经默认添加了annotation-config的支持，除非你手动设置了annotation-config="false"，不过这可不太妙，因为在IOC的时候就没办法支持@Autowired等注解了。

protected void registerComponents(XmlReaderContext readerContext, 
           Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions, Element element) {
  boolean annotationConfig = true;
  if (element.hasAttribute(ANNOTATION_CONFIG_ATTRIBUTE)) {
    annotationConfig = Boolean.valueOf(element.getAttribute(ANNOTATION_CONFIG_ATTRIBUTE));
  }
  if (annotationConfig) { //判断annotation-config属性的值
    Set<BeanDefinitionHolder> beanDefs = new LinkedHashSet<BeanDefinitionHolder>(4);
    if (!registry.containsBeanDefinition(AUTOWIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
      RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.class);
      beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, AUTOWIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }
    if (!registry.containsBeanDefinition(REQUIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
      RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(RequiredAnnotationBeanPostProcessor.class);
      beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, REQUIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }
    if (jsr250Present && !registry.containsBeanDefinition(COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
      RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(CommonAnnotationBeanPostProcessor.class);
      beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }
      ......未完
  }
}

4.2 bean标签的解析

bean标签的解析，就是默认的处理方法。

获取bean标签的id，并且把beanName赋值为id，设置别名。新建AbstractBeanDefinition对象，通过反射设置beanClass，解析property属性名称和值。

public BeanDefinitionHolder parseBeanDefinitionElement(Element ele, BeanDefinition containingBean) {
    //获取bean_id 
    String id = ele.getAttribute(ID_ATTRIBUTE);
    String beanName = id;
    AbstractBeanDefinition beanDefinition = 
               parseBeanDefinitionElement(ele, beanName, containingBean);
    String[] aliasesArray = StringUtils.toStringArray(aliases);
    //最后返回已经包含了beanName、class对象和一系列方法的BeanDefinition对象
    return new BeanDefinitionHolder(beanDefinition, beanName, aliasesArray);
}
public AbstractBeanDefinition parseBeanDefinitionElement(Element ele, 
                  String beanName, BeanDefinition containingBean) {
    String className = ele.getAttribute(CLASS_ATTRIBUTE).trim();
    try {
      //根据className反射设置setBeanClass和setBeanClassName
      AbstractBeanDefinition bd = createBeanDefinition(className, parent);
      //设置默认方法 setScope、setLazyInit、setAutowireMode...
      parseBeanDefinitionAttributes(ele, beanName, containingBean, bd);
      //设置property属性 <bean><property name="id" value="1001"></property></bean>
      parsePropertyElements(ele, bd);
      return bd;
    }
    return null;
}

注册BeanDefinition对象，和component-scan扫描的bean注册一样。向容器中填充对象。

不管是XML配置的Bean，还是通过component-scan扫描注册的Bean它们最后都是殊途同归的，会转换成一个BeanDefinition对象。记录着这个Bean对象的属性和方法，最后都注册到容器中，等待在实例化和IOC的时候遍历它们。

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